Nghiên cứu chế tạo nhựa dễ phân hủy sinh học đi từ tinh bột sắn dựa trên nền nhựa PVA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001 : 2008 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG Sinh viên : Bùi Thị Hồn Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Văn Dưỡng HẢI PHÒNG – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NHỰA DỄ PHÂN HỦY SINH HỌC ĐI TỪ TINH BỘT SẮN DỰA TRÊN NỀN NHỰA PVA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG Sinh viên : Bùi Thị Hồn Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Văn Dưỡng HẢI PHÒNG – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Bùi Thị Hoàn Mã SV: 120906 Lớp: MT1201 Ngành: Kỹ thuật môi trường Tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo nhựa dễ phân hủy sinh học từ tinh bột sắn dựa nhựa PVA” NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn: Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn: Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2020 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm 2020 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Bùi Thị Hoàn Người hướng dẫn TS Nguyễn Văn Dưỡng Hải Phòng, ngày tháng năm 2020 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp: Đánh giá chất lượng khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…): Cho điểm cán hướng dẫn (ghi số chữ): Hải Phòng, ngày tháng Cán hướng dẫn năm 2020 (họ tên chữ ký) TS Nguyễn Văn Dưỡng LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo_TS Nguyễn Văn Dưỡng, người dành nhiều thời gian, tâm sức, nhiệt tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ em suốt trình thực khóa luận Em xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn chân thành đến thầy, cô giáo khoa Môi trường, BGH nhà trường, người truyền đạt, cung cấp kiến thức tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập suốt năm học vừa qua Cuối em xin cảm ơn gia đình, người thân bè bạn tạo điều kiện, động viên khích lệ em vượt qua khó khăn suốt q trình học tập nghiên cứu Do hạn chế thời gian, điều kiện trình độ hiểu biết nên đề tài nghiên cứu khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận sử bảo, đóng góp thầy, cô để báo cáo hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày tháng năm 2020 Sinh viên Bùi Thị Hoàn MỤC LỤC MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………… CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung polyme tự huỷ [9,12] 1.1.1 Khái niệm polyme .4 1.1.2 Khái niệm polyme tự huỷ 1.2 Lịch sử phát triển polyme tự huỷ [2] 1.3 Sự khác polyme truyền thống polyme dễ phân huỷ sinh học [2]………………… 1.4 Lợi ích polyme tự huỷ [2,12] 1.5 Ứng dụng polyme tự hủy 1.6 Các nghiên cứu lĩnh vực sản xuất polyme tự hủy 12 1.6.1 Giới thiệu polyme phân hủy sinh học 12 1.6.1.1 Phân hủy sinh học 12 1.6.1.2 Chôn ủ .13 1.6.1.3 Thủy phân – phân hủy sinh học quang – phân hủy sinh học .13 1.6.1.4 Bẻ gãy sinh học 14 1.6.2 Năng lượng chi phí cho sản xuất polyme tự hủy 14 1.6.3 Quá trình phân huỷ polyme .15 1.6.3.1 Sự phân huỷ polyme 15 1.6.3.2 Tác nhân gây phân hủy sinh học .16 1.6.4 Sự giảm cấp sinh học 17 1.6.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình phân hủy sinh học .19 1.6.5.1 Ảnh hưởng yếu tố môi trường 19 1.6.5.2 Ảnh hưởng đặc điểm polymer 19 1.7 Một số loại nhựa dùng sản xuất bao bì sinh học 21 1.7.1 Vật liệu PLA 22 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng với chất trợ tương hợp nhựa thông Hỗn hợp hịa tan dung mơi glyxerin gia nhiệt nhiệt độ thích hợp Việc sử dụng tinh bột sắn - nguồn nguyên liệu sẵn có nước để tham gia vào cấu thành vật liệu tổ hợp vừa làm cho vật liệu có khả dễ phân hủy sinh học, không gây ô nhiễm môi trường Mặt khác cịn góp phần giúp giảm giá thành sản phẩm tiến hành sản xuất sản phẩm Nhựa sinh học thu kiểm tra thông qua kết thực nghiệm độ dẻo, khả chịu kéo, chịu xé khả phân hủy sinh học môi trường điều kiện khác Quá trình thực nghiệm tiến hành qua bước sau: - Trộn nhựa PVA, tinh bột sắn nhựa thông với lượng định sẵn dung môi Glyxerin - Gia nhiệt hỗn hợp bếp điện đến nhiệt độ khoảng 150- 2000C, cho hạt nhựa tan hết (khoảng 20 - 25 phút/ mẫu), trình đun phải liên tục khuấy đảo để hỗn hợp trộn đều, tránh trường hợp nhựa bị cháy - Đổ hỗn hợp nhựa lên bìa giấy cứng tán mỏng, làm nguội nhựa khơng khí sau mang nhựa thử độ bền lý khả phân hủy sinh học SV: Bùi Thị Hồn - MT1201 Trang 35 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Hình 2.3 Một số hình ảnh q trình thí nghiệm SV: Bùi Thị Hồn - MT1201 Trang 36 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đánh giá độ bền lý nhựa Để có so sánh độ bền khả tạo liên kết kết tinh bột sắn nhựa PVA tỉ lệ khối lượng khác nhau, khảo sát độ bền lý khả chống thấm nước loại nhựa chế tạo từ tinh bột sắn PVA Đối với mẫu nhựa khảo sát, khối lượng chất trợ tương hợp giữ nguyên, đồng thời tăng dần % khối lượng tinh bột giảm dần khối lượng nhựa cho tổng khối lượng mẫu nhựa 50g Các đặc tính lý nhựa thành phẩm như: sức bền kéo, tỷ trọng khoảng nhiệt độ nóng chảy gửi đo phịng thí nghiệm vật liệu Viện Nano- Compozit- Trường ĐHBK Hà Nội, độ thấm ướt kiểm tra mắt thường 3.1.1 Độ bền lý nhựa chế tạo từ tinh bột sắn Các đặc tính lý nhựa chế tạo từ tinh bột sắn, nhựa PVA thể bảng 3.1 hình 3.1 Bảng 3.1 Độ bề lý mẫu nhựa chế tạo từ tinh bột sắn Sức bền % khối lượng Sức bền kéo Tỷ trọng tinh bột sắn kéo (Mpa) nhựa PE (g/cm³) (Mpa) Khoảng t0 nóng chảy Khả chống thấm (0C) nước 90% 3.45 22 0.759 121 -130 thấm ướt 80% 4.75 22 0.766 132 -148 thấm ướt 70% 7.25 22 0.787 146 -152 thấm ướt 60% 10.35 22 0.795 149 -154 50% 13.55 22 0.809 153 -161 40% 14.85 22 0.824 164 -172 SV: Bùi Thị Hồn - MT1201 Khóa luận tốt nghiệp không thấm ướt không thấm ướt không thấm Trang 37 Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng ướt 30% 15.45 22 0.838 167 -182 20% 16.25 22 0.846 184 -191 10% 17.05 22 0.854 186 -194 không thấm ướt không thấm ướt không thấm ướt Độ bền kéo (Mpa) 25 20 Độ bền kéo nhựa PVA biến tính tinh bột sắn 15 10 0% Độ bền kéo nhựa PE 20% 40% 60% 80% 100 % % khối lượng tinh bột sắn Hình 3.1 Độ bền lý mẫu nhựa chế tạo từ tinh bột sắn Nhận xét: Kết bảng 3.1 hình 3.1 cho thấy: - Khi hàm lượng tinh bột tăng dần (hàm lượng nhựa PVA giảm dần) sức bền giảm dần, điều hoàn toàn hợp lý với thực tế tinh bột ln có độ dẻo, độ dai so với nhựa - Khi hàm lượng tinh bột chiếm từ (60 – 90%), mẫu nhựa thường bị chảy nước cho vào nước cấu trúc nhựa bị phá vỡ nhanh tinh bột chất hút ẩm mạnh bền nước, kết thí nghiệm cho thấy hàm lượng tinh bột chiếm 50% nhựa thu có cấu trúc bền vững, lúc sức bền kéo tăng lên, bề mặt nhựa bóng mịn SV: Bùi Thị Hồn - MT1201 Trang 38 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng - Từ bảng 3.1 hình 3.1 ta thấy nhựa chế tạo từ tinh bột sắn có khẳ chống thấm ướt tương đối cao hàm lượng tinh bột sắn 60% nhựa khơng bị thấm ướt 3.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng nhựa thông đến độ bền kéo nhựa Để làm tăng thêm độ bền đặc tính lý nhựa, khn khổ khóa luận, chúng tơi sử dụng nhựa thơng làm chất trợ tương hợp Để tìm khối lượng chất lượng chất trợ tương hợp tối ưu, khảo sát ảnh hưởng lượng nhựa thông đến độ bền kéo nhựa biến tính tinh bột sắn với điều kiện thí nghiệm: tổng khối lượng mẫu nhựa 50g, giữ ( % khối lượng tinh bột sắn = % khối lượng nhựa PVA) = 40% tăng dần lượng chất trợ tương hợp Kết thể bảng 3.2 hình 3.2 Bảng 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng nhựa thông đến độ bền kéo nhựa biến tính tinh bột sắn Khối lượng Sức bền kéo nhựa biến Sức bền kéo nhựa thông (g) tính tinh bột sắn (Mpa) nhựa PE (Mpa) 15.01 22 1.5 15.35 22 16.04 22 2.5 17.06 22 17.15 22 3.5 17.42 22 17.68 22 4.5 17.81 22 17.97 22 SV: Bùi Thị Hồn - MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Trang 39 Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Độ bền kéo (Mpa) 25 Độ bền kéo nhựa PVA biến tính tinh bột sắn Độ bền kéo nhựa PE 20 15 10 0 Khối lượng nhựa thơng (g) Hình 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng nhựa thơng đến độ bền kéo nhựa biến tính tinh bột sắn Nhận xét: Từ bảng 3.2 hình 3.2 cho ta thấy: Khi lượng chất trợ tương hợp tăng độ bền kéo nhựa tăng dần, chứng tỏ nhựa thơng có vai trị chất kết dính có khả làm bền liên kết tinh bột sắn nhựa PVA Khi hàm lượng chất trợ tương hợp ≥ 2,5gam độ bền kéo tăng chậm Vì giá trị 2,5g coi giá trị khối lượng chất trợ tương hợp tối ưu 3.2 Đánh giá khả phân hủy sinh học nhựa Ngồi cơng việc xác định đặc tính lý nhựa biến tính chúng tơi cịn xác định khả phân hủy nhựa điều kiện môi trường khác như: Môi trường không khí khơ Mơi trường đất Mơi trường nước thải sinh hoạt Môi trường rác thải sinh hoạt hiếu khí Mơi trường rác thải sinh hoạt kị khí SV: Bùi Thị Hồn - MT1201 Trang 40 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Mơi trường rác thải sinh hoạt kị khí có bổ sung chế phẩm sinh học EM giúp tăng cường khả phân hủy Hình 3.3 Theo dõi phân hủy sinh học nhựa điều kiện khơng khí khơ Hình 3.4 Theo dõi phân hủy sinh học nhựa môi trường nước thải sinh hoạt SV: Bùi Thị Hồn - MT1201 Trang 41 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Hình 3.5 Theo dõi phân hủy sinh học nhựa mơi trường Rác thải điều kiện hiếu khí Hình 3.6 Theo dõi phân hủy sinh học nhựa mơi trường đất SV: Bùi Thị Hồn - MT1201 Trang 42 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Hình 3.7 Theo dõi phân hủy sinh học nhựa môi trường Rác thải điều kiện kị khí khị khí có bổ sung chế phẩm EM Quá trình phân hủy nhựa quan sát sau tuần thông qua biến đổi trạng thái, độ bền xuất hiện tượng mốc Sau thời gian quan sát tháng , thu kết phân hủy sinh học nhựa môi trường thể bảng 3.5 Bảng 3.3 Sự phân hủy sinh học nhựa môi trường khác sau khoảng thời gian tháng Môi trường Hiện tượng Không khí khơ Khơng thay đổi Đất ẩm Mốc Nước thải sinh hoạt Mốc nhiều, bị phân hủy Rác thải (hiếu khí) Mốc nhiều, bị phân hủy Rác thải (kị khí) Mốc nhiều, bị phân hủy Rác thải (kị khí có bổ sung enzym) Mốc nhiều, phân rã gần hoàn toàn SV: Bùi Thị Hoàn - MT1201 Trang 43 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Dưới số hình ảnh nhựa bị phân hủy sau thời gian quan sát tháng Hình 3.8 Sự phân hủy sinh học nhựa môi trường Rác thải điều kiện hiếu khí sau thời gian 30 ngày Hình 3.9 Sự phân hủy sinh học nhựa môi trường Rác thải điều kiện kị khí sau thời gian 30 ngày SV: Bùi Thị Hoàn - MT1201 Trang 44 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Hình 3.10 Sự phân hủy sinh học nhựa mơi trường rác thải điều kiện kị khí có bỏ sung chế phẩm EM sau thời gian 30 ngày Như để khơng khí khơ đất ẩm, kết hợp với nhiệt độ cao môi trường, không thuận lợi cho phát triển vi sinh vật nên nhựa không bị phân hủy bị phân hủy Sau thời gian tháng, trạng thái nhựa gần không thay đổi so với vừa chế tạo Trong điều kiện thích hợp cho phát triển vi sinh vật như: nước thải, rác thải, trình phân hủy nhựa diễn nhanh, sau tháng nhựa phân hủy bị mốc nhiều, đặc biệt điều kiện kị khí có bổ sung chế phẩm EM gần nhựa bị phân hủy hoàn toàn SV: Bùi Thị Hồn - MT1201 Trang 45 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài khóa luận: “Nghiên cứu chế tạo nhựa dễ phân hủy sinh học từ tinh bột sắn dựa nhựa PVA” em thu số kết luận sau: Đã tổng hợp tình hình nghiên cứu, trạng sản xuất sử dụng polyme phân hủy sinh học Việt Nam giới Tìm hiểu cách thức để chế tạo nhựa phân hủy sinh học Đã nghiên cứu chế tạo nhựa phân hủy sinh học từ tinh bột sắn dựa nhựa PVA, dung môi glyxerin chất trợ tương hợp nhựa thông Kết nghiên cứu ảnh hưởng lượng chất trợ tương hợp đến độ bền nhựa cho thấy khối lượng chất trợ tương hợp = 2,5gam giá trị tối ưu Đã nghiên cứu khả phân hủy nhựa điều kiện môi trường khác Kết cho thấy môi trường khơng khí khơ nhựa bền vững, khơng bị biến đổi, môi trường đất ẩm, nước thải, rác thải nhựa bị phân hủy sinh học với tượng mốc Trong đó, ủ với rác thải sinh hoạt điều kiện kị khí có bổ sung chế phẩm EM điều kiện tốt cho trình phân hủy nhựa Do thời gian quan sát ngắn nên chưa theo dõi trạng thái nhựa bị phân hủy hoàn toàn kết bước đầu cho thấy sản phẩm nhựa tạo thành từ tinh bột sắn dựa nhựa PVA có khả phân hủy sinh học SV: Bùi Thị Hồn - MT1201 Trang 46 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Đỗ Đình Rãng (chủ biên) - Hoá Hữu Cơ – Nhà xuất GDnăm 2009 Phạm Ngọc Lân, Vật liệu polyme phân hủy sinh học – Nhà xuất bách khoa HN Clemons CM Wood-Plastic Composites in the United States The interfacing of two industries Forest Products Journal vol 52, No 6, June 2002 Wolcott MP, Englund K A technology Review of Wood-Plastic Composites ASM Handbook, composites, vol 21 2001 http://www.congnghehoahoc.org http:// www.tailieu.vn http://www.ebook.edu.vn http://www.wikipedia.org 10 http://vi.scribd.com 11 http:// www.yeumoitruong.com 12 http:// www.vietnamplasticnews.com SV: Bùi Thị Hoàn - MT1201 Trang 47 Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng PHỤ LỤC Một số hình ảnh nhựa chế tạo từ tinh bột sắn: SV: Bùi Thị Hồn - MT1201 Trang 48 Khóa luận tốt nghiệp SV: Bùi Thị Hoàn - MT1201 Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Trang 49 ... khóa luận tốt nghiệp: ? ?Nghiên cứu chế tạo nhựa dễ phân hủy sinh học từ tinh bột sắn dựa nhựa PVA? ?? Nhiệm vụ đề tài: - Chế tạo nhựa sinh học từ tinh bột sắn kết hợp với nhựa PVA dung môi Glyxerin... hàm lượng tinh bột pha trộn lớn Sự pha trộn tinh bột với polyeste no tổng hợp phân hủy sinh học PLA PCL tập trung nghiên cứu để chế tạo nhựa phân hủy sinh học Nhựa phân hủy sinh học chế tạo pha... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NHỰA DỄ PHÂN HỦY SINH HỌC ĐI TỪ TINH BỘT SẮN DỰA TRÊN NỀN NHỰA PVA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY